Новая модель охватывает всю поверхность Земли, разделенную на 336 млн наземных и морских ячеек, каждая площадью 1,25 км², и столько же «атмосферных» ячеек над ними. В сумме это дало 672 млн расчетных ячеек, каждая из которых участвует в сложных вычислениях, отражающих ключевые процессы в атмосфере, океанах и биосфере.
Исследователи разделили системы на «быстрые» и «медленные». Быстрые процессы — это, по сути, погода: энергобаланс, водный цикл и атмосферные явления, требующие высокой детализации. Для них использовалась негидростатическая модель ICON, разработанная Немецкой метеорологической службой и Институтом метеорологии Общества Макса Планка. Медленные процессы включают углеродный цикл, изменения в биосфере и океанской геохимии, развивающиеся годами или десятилетиями.
Сочетание этих двух типов процессов с разрешением 1,25 км стало настоящим прорывом.
Достижение такого уровня детализации стало возможным благодаря комбинации современной программной инженерии и высокопроизводительных вычислительных систем. Исходная модель была написана на Fortran и имела много устаревших функций, затрудняющих ее адаптацию к современным архитектурам. Для оптимизации был применен фреймворк Data-Centric Parallel Programming (DaCe), который позволил эффективно использовать данные на современных суперкомпьютерах.
Важную роль в вычислительной инфраструктуре сыграли суперкомпьютеры JUPITER и Alps в Германии и Швейцарии, основанные на чипах GH200 Grace Hopper от Nvidia. В этих системах графические процессоры использовались для обработки «быстрых» процессов, а центральные процессоры ARM Grace — для «медленных», что обеспечивало параллельное моделирование.
Использование 20 480 суперчипов GH200 позволило смоделировать 145,7 дней за один день вычислений. Модель оперировала почти триллионом «степеней свободы» — величиной, отражающей количество вычисляемых значений.
Для работы модели требуется исключительно мощная инфраструктура и современные суперкомпьютеры, поэтому подобное моделирование пока невозможно внедрить на локальных метеостанциях или в обычных учреждениях. Тем не менее, исследование демонстрирует, что интеграция погодных и климатических процессов на детальном уровне возможна.
